(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111537668.6 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 重庆邮电大 学 地址 400065 重庆市南岸区崇文路2号 (72)发明人 邓聪颖　唐杰林　杨凯　舒杰　 周炜　禄盛　 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学 稳健预测方法 (57)摘要 本发明涉及一种轴承参数不确定的离心泵 转子动力学稳健预测方法， 属于多级离心泵领 域。 本发明针对滑动轴承结构参数制造误差导致 的多级离心泵转子系统动力学特性不确定问题， 基于转子系统动力学仿真与改进粒子群优化算 法， 提出转子系统临界转速稳健预测方法。 该方 法通过与滑动轴承结构参数关联的动特性系数 建立转子系统动力学模型， 利用MATLAB与ANSYS 联合仿真实现轴承结构参数变化时多级离心泵 转子系统的临界转速自动计算， 以滑动轴承轴径 长度、 间隙比、 长径比和油膜粘度系数等结构参 数为变量、 转子系统临界转速为目标建立优化模 型， 结合有限元仿真与改进粒子群优化算法计算 转子系统动力学模型的临界转速极值。 此外， 利 用蒙特卡罗算法对轴承结构参数进行大量抽样， 验证改进粒子群优化算法求解结果的准确性和 有效性。 本发 明能准确高效预测转子系统稳健临界转速， 有助于转子系统可靠设计与运行， 并为 多级离心泵转子系统设计提供理论依据。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114330083 A 2022.04.12 CN 114330083 A 1.一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特征在于： 该方法包括 以下步骤： S1： 构造滑动轴承结构参数已知样本信息； S2： 通过MATLAB与ANSYS的二次开发语言与数据交换接 口实现轴承结构参数与系统临 界转速之间的直接关系， 构造出多 级离心泵转子系统 临界转速优化模型； S3： 采用改进粒子群优化 算法确定滑动轴承 ‑转子系统 临界转速的极值； S4： 采用蒙特卡罗算法对样本空间进行大量样本抽样计算得出滑动轴承 ‑转子系统临 界转速的极值； S5： 对比改进粒子群优化算法与蒙特卡罗计算结果， 验证改进粒子群算法求解的有效 性； S6： 根据求解预测的多级离心泵滑动轴承 ‑转子系统临界转速最值变化区间， 将实际工 况下泵组工作转速设置偏离临界转速的最 值范围之外， 达 到多级离心泵稳定安全的运行。 2.如权利要求1所述的一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特 征在于： 所述步骤S1具体为： 滑动轴承的尺寸参数加工过程中存在的制造误差导致滑动轴 承轴径长度Lb、 间隙比φ、 长径比λ和油膜粘度系数η等结构参数在 其名义值附近扰动， 进而 引起多级离心泵转子系统的动力学特性具有不确定性。 因此， 本发明 以滑动轴承的结构参 数V＝(Lb、 φ、 λ、 η )作为抽样 样本。 3.如权利要求2所述的一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特 征在于： 所描述 步骤S2具体为： S201： 利用MATLAB软件编写的主控程序， 调用ANSYS进行有限元仿真计算， 输出多级离 心泵转子系统的临界转速， 以此方法建立轴承结构参数与系统临界转速之间的直接关系， 并实现转子系统 临界转速自动计算。 S202： 本发明以轴径长度Lb、 间隙比φ、 长径比λ和油膜粘度系数η为研究变量； 记向量V ＝(Lb、 φ、 λ、 η )为优化变量， 则Vmin和Vmax表示变量的上 下限。 S203： 以多级离心泵转子系统临界转速n的极值为优化目标； 建立的多级离心泵转子系 统临界转速优化模型表述如下式(1)所示： fminspeed(V)＝min(n) or fmaxspeed(V)＝max(n) V＝(Lbφλ η )T                         (1) 其中， fminspeed(V)为求得的多级离心泵转子系统最小临界转速； fmaxspeed(V)为求得的多 级离心泵转子系统最大临界转速； f(V)为构造的适应度函数， 具体的构造过程如下： 利用MATLAB编程有限差分法求解滑动轴承服从广义的流体力学雷诺方程， 如下式(2) 所示： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114330083 A 2在求解得出油膜压力P之后， 带入式(3)积分求解得出滑动轴承等效8个刚度系数和阻 尼系数。 经过求解滑动轴承刚度阻尼系数之后， 采用ANSYS虚拟仿真平台建立多级离心泵转子 系统有限元模型， 采用模态分析 方法求解得出转子系统 临界转速n。 最后， 采用MATLAB与ANSYS的二次开发语言与数据交换接口， 实现轴承结构参数变化时 多级离心泵转子系统的临界转速自动计算， 构建得出多级离心泵转子系统临界转速优化的 适应度函数。 4.如权利要求3所述的一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特 征在于： 所描述步骤S 3具体为： 根据建立的多级离心泵转子系统临界转速优化模 型， 引入改 进粒子群算法， 并结合改进粒子群算法流程共同求解多级离心泵转子系统临界转速最大值 和最小值。 5.如权利要求4所述的一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特 征在于： 所描述步骤S4具体为： 在输入变量Lb、 φ、 λ、 η内生成随机样本， 通过优化模型计算 离心泵转子系统的临界转速。 利用大量 随机样本计算转子系统临界转速， 并验证改进粒子 群算法的有效性。 基本步骤如下： S401： 将输入变量 生成m个随机样本Xi(i＝1,2,···,m)。 S402： 将m个随机样本代入优化模型中， 计算多级离心泵滑动轴承 ‑转子系统临界转速g (Xi)。 S403： 计算每阶临界转速g(Xi)最大值和最小值。 6.如权利要求5所述的一种轴承参数不确定的离心泵转子动力学稳健预测方法， 其特 征在于： 所描述步骤S 5‑S6具体为： 将改进粒子群算法计算得出的前三阶临界转速和经过大 量抽样样本利用蒙特卡罗算法计算得出的结果进 行对比， 证明改进粒子群预测结果的有效 性。 并根据计算得出 的前三阶临界转速与多级离心泵实际工况的额定转速进行对比， 确保 泵组临界转速远 远偏离额定临界转速以达 到安全稳定运行。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114330083 A 3